JP2611416B2 - 距離継電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統の電圧信号及び電流信号から一
定間隔でサンプリングし量子化した電流量，電圧量およ
び電流微分量を使用して、電力系統に故障が発生したと
きの継電器と故障点との電気的距離を演算し電気的距離
に比例した限時で動作を行う距離継電器に係り、特に、
量子化による誤差等の影響を受けない精度の良い演算を
行えるようにした距離継電器に関する。

〔従来の技術〕

電力系統の規模が拡大するにつれ、系統事故時の電流
・電圧の波形歪が増大化すると共に歪波形に含まれる高
調波成分の周波数が低次化してきている。このため、従
来の距離継電器で安定した特性を得るには、歪波成分を
十分に除去するために高次のフィルタを必要とし、動作
時間の遅れ等、実用上に問題が生じる恐れがある。

最近、この種の距離継電器として、マイクロコンピュ
ータ等の演算処理部を備えた第２図に示す構成のものが
知られている。第２図において、参照符号10は保護対象
である送電線、12,14は計器用変成器であり、それぞれ1
2は計器用変圧器、14は変流器を示す。20は距離継電器
を示し、変成器入力部22,24、アナログ／ディジタル変
換部（A/D変換部）26、リレー演算処理部28および動作
出力部30とから構成される。

このように構成される距離継電器20は、系統電圧を計
器用変圧器12を介して取り込み、変成器入力部22を通し
て電圧量ｖとして、A/D変換部26に入力される。系統電
流は、変流器14を介して導入され、変成器入力部24を通
して電流量ｉとして、同じくA/D変換部26に入力され
る。この各電気量v,iはA/D変換部26において一定時間間
隔でサンプリングされ、順次ディジタル量に変換されて
マイクロコンピュータ等からなるリレー演算処理部28に
入力されて後述する演算が行われる。インピーダンスは
送電線10の距離の電気的尺度であるから、送電線10のイ
ンピーダンスを演算することにより、系統の故障点と継
電器との電気的距離が得られ、故障が保護すべき区間内
にあると判定した際には、動作出力処理部30から図示し
ない遮断器に動作指令を与える。

ここで、演算処理について説明する。系統事故発生時
における送電線10の電圧量ｖ、電流量ｉ、インダクタン
スＬおよび抵抗Ｒとの間には、次式の関係が成立する。

ｖ＝Ｒ・ｉ＋Ｌ・ｊ ……（１） 上記微分方程式（１）は、過渡領域を含めた高調波成
分に対しても成立するため、（１）式を用いてインダク
タンスＬおよび抵抗Ｒを求める距離継電器が、例えば特
開昭62−18917号公報に開示されている。

すなわち、（１）式は、インダクタンスＬおよび抵抗
Ｒの２つの未知数を含むため、異なる時刻t_m,t_nにおい
て、 v_m＝Ｒ・i_m＋Ｌ・j_m V_n＝Ｒ・i_n＋Ｌ・j_n ……（２） の関係式が成立する。

ただし、 なお、v_m,i_mは時刻t_mでのそれぞれ電圧値および電流
値を表す。次に、（２）式をR,Lについて変形すると、 となる。この（３），（４）式を用いて送電線10のイン
ダクタンスＬおよび抵抗Ｒの各値が求められ、これらの
値は故障点までの系統インピーダンスに応じた値である
ので、継電器20は、事故のリレー内外判定を行うことが
できる。上式において、j_m項はi_m項の微分係数、すなわ
ち、電流微分量であり、ハードウェア的にも求められる
が、ソフトウェアにて下記近似式で求めることが可能で
ある。近似値をJ_mとすると、 ただし、N,K_k（ｋ＝０〜Ｎ）は定数であり、少なくと
も、 K₀≠0,K₁≠０ である。なお、（５）式は、時刻t_mと時刻t_m-1の中間の
時刻ｔ_ｍ−1/2における電流値の微分係数を示すことに
なる。

同様に、電圧量v_m,v_n、電流量i_m,i_nについても次式の
ように置くことができる。

また、（５）式よりJ_m,J_nについても、 と置けば、（３），（４）式の分子・分母値は、以下の
（８）〜（10）式となる。

（３）式の分子式（l_mとおく）は、 l_m＝I_m・V_n−I_n・V_m ……（８） （４）式の分子式（r_mとおく）は、 r_m＝V_m・J_n−V_n・J_m ……（９） （３），（４）式の分母式（u_mとおく）は、 u_m＝I_m・J_n−I_n・J_m ……（10） となる。

従って、（３），（４）式は、（８）〜（10）式よ
り、 となる。しかし、電流値が高調波成分を含有するとき、
高調波成分の次数および含有率によっては、u_m≒０とな
る場合が生じる。この場合に、（８）〜（11）式を用い
て抵抗ＲおよびインダクタンスＬの各値を求めても量子
化誤差等により誤差が大となってしまう。

このu_m≒０対策として、異なる複数の時間における
u_m,l_m,r_mを求め、各々の加減算値をとり、以下のように
R,Lを求める。

ここで、sign（ ）は、（ ）内の量の符号をとるこ
とを意味する。

（12），（13）式により、u_m≒０の機会をなくし、精
度良く抵抗ＲおよびインダクタンスＬの各値を求めよう
とするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した距離継電器によれば、（13）
式による演算方式は、u_m≒０が発生した際に、この時刻
における抵抗ＲおよびインダクタンスＬの各値の演算誤
差を、異なる時刻のu_m値と加減算による平均化処理を行
うことで演算精度の向上を図ったものであるが、演算結
果には平均化により誤差量が少なくなったとはいえ、u_m
≒０時刻におけるu_m,r_m,l_mの各値による演算誤差は残っ
ている。

そこで、本発明の目的は、u_m≒０時刻におけるu_m,r_m,
l_mの各値を（12）式の処理から取り除くことで、より一
層の演算精度の向上を図った距離継電器を提供するにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る距離継電器は、電力系統の電圧信号と電
流信号とから得られる電圧量ｖ、電流量ｉおよび電流微
分量ｊの各電気量と、電力系統の距離の電気的尺度であ
るインダクタンスＬおよび抵抗Ｒとの間に成立する関係
式ｖ＝Ｒ・ｉ＋Ｌ・ｊを用い、異なる時刻t_mおよびt_nに
おける前記各電気量から、継電器の設けてある位置と故
障点までの電気的距離を演算する演算処理部を有し、該
演算処理部で求めた電気的距離に比例した限時で動作す
る距離継電器であって、前記演算処理部において、異な
る時刻t_mおよびt_nにおける電圧量v_m,v_n、電流量i_m,i_nお
よび電流微分量j_m,j_nから、電気量u_m（＝i_m・j_n−i_n・j
_m）を得る分母値の演算処理部と、電気量l_m（i_m・v_n−i
_n・v_m）を得る分子値の演算処理部および電気量r_m（＝v
_m・j_n−v_n・j_m）を得る分子値の演算処理部とを備え、
これらの演算処理部で得られる分母値および分子値とか
らインダクタンスＬ（＝l_m/u_m）および抵抗Ｒ（＝r_m/
u_m）を求めるよう構成してなる距離継電器において、 前記分母値の演算処理部で得られる電気量u_mと、前記
分子値の演算処理部で得られる電気量l_mおよびr_mとの各
値をそれぞれ一旦データとして保存するデータ保存処理
部と、 前記データ保存処理部に保存されている複数の分母値
からなる電気量u_mについて、それぞれの絶対値|u_m|を取
ると共にこれらの平均値u_meanを求めてこれに所定の係
数εを掛けた値ε＊u_meanと、前記分母値の絶対値|u_m|
との大小比較をそれぞれ行い、絶対値|u_m|が小さい場合
にその電気量u_mを求めた時刻におけるデータu_m,l_m,r_mを
廃棄する分母値の大小比較演算処理部と、 前記分母値の大小比較演算処理部で廃棄されなかった
時刻のデータu_m,l_m,r_mを使用して、分母の平均値U_m を得る分母の平均化演算処理部、分子の平均値L_m を得る分子の平均化演算処理部およびR_m を得る分子の平均化演算処理部とを設けて、 前記各平均化演算処理部で得られる分母の平均値U_mお
よび分子の平均値L_m,R_mとからインダクタンスＬ（＝L_m/
U_m）および抵抗Ｒ（＝R_m/U_m）を求めるよう構成するこ
とを特徴とする。

〔作 用〕 本発明に係る距離継電器によれば、電気量u_m,l_m,r_mの
各値を一旦データとして保存し、保存されているＮ個の
データのu_mについて各々の絶対値を取った後に平均値u
_meanを求め、この平均値u_meanに所定係数εを掛けたε
＊u_meanと、Ｎ個のデータの各|u_m|値とを比較し、|u_m|
が小さい場合には、そのu_mを求めた時刻のu_m,l_m,r_mの値
を廃棄し、廃棄されなかったu_m,l_m,r_mの値を用いて（1
2）式の処理を行い抵抗ＲおよびインダクタンスＬを算
出するように構成したため、u_m≒０時刻におけるu_m,r_m,
l_mの各値を（12）式の処理から取り除くことになる。す
なわち、u_m≒０時刻におけるu_m,r_m,l_mの各値による演算
誤差はなくなるので、精度の良い演算結果を得ることが
できる。

〔実施例〕

次に本発明に係る距離継電器の実施例につき、添付図
面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す距離継電器のリレ
ー演算処理部における処理内容の機能ブロック図であ
る。距離継電器の装置構成は従来例で示した第２図と同
様であるので、ハードウェアの構成は省略する。第１図
において、参照符号32は、A/D変換部26より入力された
電流量ｉから、微分係数Ｊ、すなわち電流微分量を算出
する演算処理部であり、34は電流量ｉおよび電流微分量
Ｊより前記（10）式で示した分母値u_mを求める演算処理
部である。36は、電流量ｉと電圧量ｖとから（８）式で
示される分子量l_mの値を算出する演算処理部、38は電圧
量ｖと電流微分量Ｊとから（９）式で示される分子値r_m
を算出する演算処理部である。これら演算処理ステップ
で求めた各サンプリング時刻におけるデータu_m,l_m,r_mは
データ保存処理部40にて一旦データとして保存される。

次の分母値の大小比較演算処理部42では、先ず、保存
されているＮ個のu_mについて各々の絶対値|u_m|を取り、
さらにこのＮ個の|u_m|の平均値u_meanを求めた後、この
平均値u_meanに対し所定の係数εを掛けた値ε＊u
_meanと、平均値u_meanを求めたＮ個の分母値の絶対値|u_m
|との大小比較をそれぞれ行い、|u_m|が小さい場合に
は、そのu_mを求めた時刻におけるデータu_m,l_m,r_mを廃棄
する。この分母値の大小比較演算処理部42で廃棄されな
かった時刻のu_m,l_m,r_mの値を使用して、（12）式の処理
を行うのが、分母の平均化演算処理部44と分子の平均化
演算処理部46,48である。これらの平均化演算処理部で
求まったU_mおよびL_mを用いて系統のインダクタンスＬを
（13）式により50の演算処理部で求め、U_mおよびR_mを用
いて系統の抵抗Ｒを同様に（13）式により52の演算処理
部で求める。リレーの動作判定処理部54では、前段の演
算処理部50,52で求めた系統のインダクタンスＬおよび
抵抗Ｒから系統の故障点と継電器との電気的距離が得ら
れるので、故障が保護すべき区間内にあるかどうかの動
作判定をして、区間内にある場合は系統の図示しない遮
断器に動作指令を与える。

この様にして、u_m≒０時刻におけるu_m,r_m,l_mの各値を
（12）式の処理から取り除き、u_m≒０時刻におけるu_m,r
_m,l_mの各値による演算誤差はなくなるので、精度の良い
演算結果を得ることができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれ
ば、（10）式で示した分母値u_mに対して、|u_m|》０の時
の保存データu_m,r_m,l_mのみを用いて演算を行うため、量
子化による誤差等の影響を受けない精度の良い演算結果
を得ることができる。従って、電力系統に事故が発生し
た際に電流・電圧及び電流微分量を用いて、系統のイン
ピーダンスを精度よく求められ、低次自由振動電流・電
圧分の影響を受けずに安定したリレー動作を実現するこ
とができる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る距離継電器の一実施例を示すリレ
ー演算処理部における処理内容の機能ブロック図、第２
図は従来の演算処理部を備えた距離継電器の構成を示す
ブロック図である。 10……送電線、12……計器用変圧器 14……変流器、20……距離継電器 22,24……変成器入力部 26……A/D変換部、28……リレー演算処理部 30……動作出力処理部 32……（微分係数の）演算処理部 34……（分母値の）演算処理部 36,38……（分子量の）演算処理部 40……データ保存処理部 42……（分母値の）大小比較演算処理部 44……（分母の）平均化演算処理部 46,48……（分子の）平均化演算処理部 50……（インダクタンスＬの）演算処理部 52……（抵抗Ｒの）演算処理部 54……動作判定処理部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力系統の電圧信号と電流信号とから得ら
   れる電圧量ｖ、電流量ｉおよび電流微分量ｊの各電気量
   と、電力系統の距離の電気的尺度であるインダクタンス
   Ｌおよび抵抗Ｒとの間に成立する関係式ｖ＝Ｒ・ｉ＋Ｌ
   ・ｊを用い、異なる時刻t_mおよびt_nにおける前記各電気
   量から、継電器の設けてある位置と故障点までの電気的
   距離を演算する演算処理部を有し、該演算処理部で求め
   た電気的距離に比例した限時で動作する距離継電器であ
   って、前記演算処理部において、異なる時刻t_mおよびt_n
   における電圧量v_m,v_n、電流量i_m,i_nおよび電流微分量
   j_m,j_nから、電気量u_m（＝i_m・j_n−i_n・j_m）を得る分母
   値の演算処理部と、電気量l_m（＝i_m・v_n−i_n・v_m）を得
   る分子値の演算処理部および電気量r_m（＝v_m・j_n−v_n・
   j_m）を得る分子値の演算処理部とを備え、これらの演算
   処理部で得られる分母値および分子値とからインダクタ
   ンスＬ（＝l_m/u_m）および抵抗Ｒ（＝r_m/u_m）を求めるよ
   う構成してなる距離継電器において、 前記分母値の演算処理部で得られる電気量u_mと、前記分
   子値の演算処理部で得られる電気量l_mおよびr_mとの各値
   をそれぞれ一旦データとして保存するデータ保存処理部
   と、 前記データ保存処理部に保存されている複数の分母値か
   らなる電気量u_mについて、それぞれの絶対値|u_m|を取る
   と共にこれらの平均値u_meanを求めてこれに所定の係数
   εを掛けた値ε＊u_meanと、前記分母値の絶対値|u_m|と
   の大小比較をそれぞれ行い、絶対値|u_m|が小さい場合に
   その電気量u_mを求めた時刻におけるデータu_m,l_m,r_mを廃
   棄する分母値の大小比較演算処理部と、 前記分母値の大小比較演算処理部で廃棄されなかった時
   刻のデータu_m,l_m,r_mを使用して、分母の平均値U_m を得る分母の平均化演算処理部、分子の平均値L_m を得る分子の平均化演算処理部およびR_m を得る分子の平均化演算処理部とを設けて、 前記各平均化演算処理部で得られる分母の平均値U_mおよ
   び分子の平均値L_m,R_mとからインダクタンスＬ（＝L_m/
   U_m）および抵抗Ｒ（＝R_m/U_m）を求めるよう構成するこ
   とを特徴とする距離継電器。